Bitcoins verzeichneten im Laufe des letzten Jahres einen spektakulären Kursanstieg. In diesem Zusammenhang wurde u.a. der hohe Energieverbrauch thematisiert. Hochrechnungen sprachen bereits von einer Gefährdung der weltweiten Energieversorgung.
Gefährdet Bitcoin Mining die Energieversorgung? Wie sieht es mit der Nachhaltigkeit von Blockhain aus?
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Seitdem der Bitcoin im letzten Jahr eine Preis-Rallye mit einem Anstieg von rund 1000 Prozent verzeichnete und zeitweise bei knapp $20.000 notierte, ist das Thema in aller Munde. Jüngst fällt neben der Preisentwicklung der Fokus zunehmend auf den hohen Energieverbrauch, der mit der Erzeugung neuer digitaler Münzen einhergeht.
Vorweg gesagt: Es kann Entwarnung gegeben werden. Der hohe Energieverbrauch ist eine Bitcoin-spezifische Eigenschaft. Der Strom wird weitgehend aus ansonsten ungenutzten erneuerbaren Energien bezogen. Zusätzlich basieren die meisten Blockchains auf weitaus ökonomischeren Prozessen.
Bitcoin-Mining zur Transaktionsbestätigung
Während in traditionellen Systemen ein vertrauenswürdiger Dritter existiert, der das zentrale Datenmanagement kontrolliert und einen Datenkonsens erzeugt, entfällt diese Instanz in Blockchain-basierten, dezentralen Netzwerken. Die Frage der alternativen Konsenserzeugung wird hier substantiell.
Eine Lösung liefert das sogenannte Mining, ein Prozess durch den Transaktionen bestätigt und die Daten in ein dezentrales, öffentliches Kassenbuch – den distributed Ledger – eingetragen werden.
Miner bündeln die von den Nutzern erzeugten Transaktionen in Blöcken. Das Anhängen eines Blocks an die unveränderliche Datenkette, die Blockchain, erfordert das Lösen eines rechenaufwändigen mathematischen Rätsels. Es wird quasi ein Arbeitsnachweis, ein Proof of Work (PoW) gefordert. Die aufgebrachte Arbeit in Form von Rechenleistung wird dann mit einer festgelegten Anzahl an Bitcoins entlohnt.
Oftmals irrtümlich aufgefasst, steigt der durch das Mining erzeugte Energiebedarf nicht proportional mit der Netzwerknutzung, also des Transaktionsvolumens auf der Bitcoin-Blockchain.
Vielmehr ist der Energieaufwand an den Bitcoin-Preis gekoppelt. Steigt der Preis der Kryptowährung, steigt auch der Anreiz für weitere Miner sich am Schürfen der digitalen Währung zu beteiligen.
Wieviel Energie verbraucht das Mining?
Parallel zur rasanten Preisentwicklung des Bitcoins der letzten Monate ist somit ein Anstieg des Energiebedarfs zu verzeichnen:
Energieverbrauch des Bitcoin-Netzwerks in TWh/Jahr laut Digiconomist.
Der genaue Verbrauch ist auf Grund der Dezentralität des Netzes schwer zu erfassen. Schätzungen schwanken derzeit zwischen 10 tWh/Jahr (Bitcoin Bytes) bis hin zu knapp 44 tWh/Jahr für die Unterhaltung des Bitcoin-Netzwerks.
Den Mittelwert von 27 tWh/Jahr und 300.000 Transaktionen täglich zu Grunde gelegt, entspräche dies einem Verbrauch von 245 kWh für eine einzelne Bitcoin-Transaktion. Zum Vergleich: Mit dieser Energie könnte man rund 12.300 Stunden am Laptop arbeiten oder alternativ 2,5 deutsche Haushalte etwa einen Tag lang versorgen.
Andreas Antonopoulos, einer der angesehensten Bitcoin-Experten, betrachtet den Fakt des hohen Energieverbrauchs allerdings oftmals als fehlrepräsentiert. Er argumentiert, dass in den meisten Berichterstattungen die Art der Energiegewinnung keine Thematisierung findet.
Derzeit wetteifern Miner weltweit um die günstigsten Stromquellen mit der Konsequenz, dass vorwiegend Energie an Orten, wo sie reichlich vorhanden ist, nicht gelagert oder transportiert werden kann, für das Mining genutzt wird.
Hydrominer, ein 2017 gegründetes österreichisches Start-up, schürft beispielsweise mit Hydroenergie Bitcoins.
In Island werden vermehrt Mining-Farmen errichtet. Diese speisen die von Geysiren erzeugte geothermale Energie sowie die oberflächennahe Erdwärme in das Netz ein um Bitcoins zu generieren.
Geothermie-Kraftwerke, wie dieses in Island werden häufig für Bitcoin-Mining genutzt.
Nun ist die Bitcoin-Blockchain allerdings nur eine von vielen Blockchains.
In Anbetracht dessen, dass Blockchains im Allgemeinen als potenzieller Disruptor verschiedenster Branchen, allen voran der Finanzbranche, eingeschätzt werden, und somit weite Verbreitung finden sollen, stellt sich trotz erneuerbarer Energien die Frage, wie dies aus energetischer Sicht zu realisieren ist.
Blockchain nicht gleich Blockchain
An diesem Punkt ist eine Unterscheidung zwischen permissioned (zugangsbeschränkten) und permissionless (zugangsunbeschränkten) Blockchains zu treffen.
Permissioned Blockchains werden zukünftig insbesondere im Unternehmensumfeld Anwendung finden. Die Teilnahme grundsätzlich vertrauenswürdiger Parteien am Netzwerk bedeutet eine vereinfachte Konsenserzeugung, ergo: ein deutlich geringerer Energiekonsum, ähnlich dem von bestehenden Systemen.
Permissionless Blockchains, hingegen, basieren generell nicht auf dem Bitcoin-spezifischen, energieintensiven Proof of Work-Mechanismus. Den meisten Blockchains sind alternative Konsensmechanismen zugrunde gelegt. Einer der gängigsten ist Proof of Stake: Ein Prozess, bei dem die Transaktionsverifizierung Netzwerkteilnehmern zufällt, die mit ihrem bestehenden Vermögen, ihrem Stake, für die Korrektheit der Transaktionen bürgen.
Lösungsansätze für den Energieverbrauch von Bitcoin
Trotz allem wird intensiv daran geforscht, auch den ökologischen Fußabdruck von Bitcoin zu verringern ohne dabei die Bitcoin-inhärente, unvergleichbar hohe, Sicherheit zu gefährden.
Eine diskutierte Option ist die Nutzung der Rechenleistung für notwendig auszuführende rechenintensive Probleme statt des aktuell willkürlichen mathematischen Rätsels. Eine erste Patentanmeldung von Intel verfolgt diesen Ansatz: Die rechenintensive Identifikation der Reihenfolge von Nukleinbasen einer DNA oder RNA, könnte als Proof of Work dienen.
Gefährdet Bitcoin bzw. Blockchain im Allgemeinen unsere Energieversorgung?
Meiner Ansicht nach nicht, denn
- Permissionless Blockchains sind nicht, wie oft fälschlicherweise angenommen, PoW-basiert mit einer Bitcoin-ähnllichen Energiebilanz. Sie basieren auf alternativen, energieeffizienten Konsensmechanismen.
- Permissioned Blockchains, die potenziell im institutionellen Bereich Anwendung finden, haben eine mit aktuellen Systemen vergleichbar niedrige Energiebilanz.
- Im Bitcoin-Mining ist der Trend hin zu ansonsten ungenutzten erneuerbaren Energien (Geothermie, Hydroenergie) zu verzeichnen.
